概述
智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思。和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。
談起智能制造，首先應介紹日本在1990年4月所倡導的“智能制造系統IMS”國際合作研究計劃。許多發達國家如美國、歐洲共同體、加拿大、澳大利亞等參加了該項計劃。該計劃共計劃投資10億美元，對100個項目實施前期科研計劃。
毫無疑問，智能化是制造自動化的發展方向。在制造過程的各個環節幾乎都廣泛應用人工智能技術。專家系統技術可以用于工程設計，工藝過程設計，生産調度，故障診斷等。也可以将神經網絡和模糊控制技術等先進的計算機智能方法應用于産品配方，生産調度等，實現制造過程智能化。而人工智能技術尤其适合于解決特别複雜和不确定的問題。但同樣顯然的是，要在企業制造的全過程中全部實現智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠的将來。有人甚至提出這樣的問題，下個世紀會實現智能自動化嗎？而如果隻是在企業的某個局部緩解實現智能化，而又無法保證全局的優化，則這種智能化的意義是有限的。
模式
從廣義概念上來理解，CIMS（計算機集成制造系統），敏捷制造等都可以看作是智能自動化的例子。的确，除了制造過程本身可以實現智能化外，還可以逐步實現智能設計，智能管理等，再加上信息集成，全局優化，逐步提高系統的智能化水平，最終建立智能制造系統。這可能是實現智能制造的一種可行途徑。
共有幾種先進制造模式：
1、多智能體（Multi-Agent）系統
Agent原為代理商，是指在商品經濟活動中被授權代表委托人的一方。後來被借用到人工智能和計算機科學等領域，以描述計算機軟件的智能行為，稱為智能體。1992年曾經有人預言：基于Agent的計算将可能成為下一代軟件開發的重大突破。随着人工智能和計算機技術在制造業中的廣泛應用，多智能體系統技術對解決産品設計、生産制造乃至産品的整個生命周期中的多領域間的協調合作提供了一種智能化的方法，也為系統集成、并行設計，并實現智能制造提供了更有效的手段。
2、整子系統（HolonicSystem）
整子系統的基本構件是整子（Holon）。Holon是從希臘語借過來的，人們用Holon表示系統的最小組成個體，整子系統就是由很多不同種類的整子構成。整子的最本質特征是：
自治性，每個整子可以對其自身的操作行為作出規劃，可以對意外事件（如制造資源變化、制造任務貨物要求變化等）作出反應，并且其行為可控；
合作性，每個整子可以請求其它整子執行某種操作行為，也可以對其他整子提出的操作申請提供服務；
智能性，整子具有推理、判斷等智力，這也是它具有自治性和合作性的内在原因。整子的上述特點表明，它與智能體的概念相似。由于整子的全能性，有人把它也譯為全能系統。
整子系統的特點是：
敏捷性，具有自組織能力，可快速、可靠地組建新系統。
柔性，對于快速變化的市場、變化的制造要求有很強的适應性。
除此之外，還有生物制造、綠色制造、分形制造等模式。
制造模式主要反映了管理科學的發展，也是自動化、系統技術的研究成果，它将對各種單元自動化技術提出新的課題，從而在整體上影響到制造自動化的發展方向。
基本原理
1、智能制造的基本原理
從智能制造系統的本質特征出發，在分布式制造網絡環境中，根據分布式集成的基本思想，應用分布式人工智能中多Agent系統的理論與方法，實現制造單元的柔性智能化與基于網絡的制造系統柔性智能化集成。根據分布系統的同構特征，在智能制造系統的一種局域實現形式基礎上，實際也反映了基于Internet的全球制造網絡環境下智能制造系統的實現模式。
2、分布式網絡化的基本構思
智能制造系統的本質特征是個體制造單元的“自主性”與系統整體的“自組織能力”，其基本格局是分布式多自主體智能系統。基于這一思想，同時考慮基于Internet的全球制造網絡環境，可以提出适用于中小企業單位的分布式網絡化IMS的基本構架。一方面通過Agent賦予各制造單元以自主權，使其自治獨立、功能完善；另一方面，通過Agent之間的協同與合作，賦予系統自組織能力。
基于以上構架，結合數控加工系統，開發分布式網絡化原型系統相應的可由系統經理、任務規劃、設計和生産者等四個結點組成。
系統經理結點包括數據庫服務器和系統Agent兩個數據庫服務器，負責管理整個全局數據庫，可供原型系統中獲得權限的結點進行數據的查詢、讀取，存儲和檢索等操作，并為各結點進行數據交換與共享提供一個公共場所，系統Agent則負責該系統在網絡與外部的交互，通過Web服務器在Internet上發布該系統的主頁，網上用戶可以通過訪問主頁獲得系統的有關信息，并根據自己的需求，以決定是否由該系統來滿足這些需求，系統Agent還負責監視該原型系統上各個結點間的交互活動，如記錄和實時顯示結點間發送和接受消息的情況、任務的執行情況等。
任務規劃結點由任務經理和它的代理（任務經理Agent）組成，其主要功能是對從網上獲取的任務進行規劃，分解成若幹子任務，然後通過招标——投标的方式将這些任務分配個各個結點。
設計結點由CAD工具和它的代理（設計Agent）組成，它提供一個良好的人機界面以使設計人員能有效地和計算機進行交互，共同完成設計任務。CAD工具用于幫助設計人員根據用戶要求進行産品設計；而設計Agent則負責網絡注冊、取消注冊、數據庫管理、與其他結點的交互、決定是否接受設計任務和向任務發送者提交任務等事務。
生産者結點實際是該項目研究開發的一個智能制造系統（智能制造單元），包括加工中心和它的網絡代理（機床Agent）。該加工中心配置了智能自适應。該數控系統通過智能控制器控制加工過程，以充分發揮自動化加工設備的加工潛力，提高加工效率；具有一定的自診斷和自修複能力，以提高加工設備運行的可靠性和安全性；具有和外部環境交互的能力；具有開放式的體系結構以支持系統集成和擴展。
發展軌迹
智能制造淵于人工智能的研究。人工智能就是用人工方法在計算機上實現的智能。随着産品性能的完善化及其結構的複雜化、精細化，以及功能的多樣化，促使産品所包含的設計信息和工藝信息量猛增，随之生産線和生産設備内部的信息流量增加，制造過程和管理工作的信息量也必然劇增，因而促使制造技術發展的熱點與前沿，轉向了提高制造系統對于爆炸性增長的制造信息處理的能力、效率及規模上。目前，先進的制造設備離開了信息的輸入就無法運轉，柔性制造系統（FMS）一旦被切斷信息來源就會立刻停止工作。專家認為，制造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型，這就要求制造系統不但要具備柔性，而且還要表現出智能，否則是難以處理如此大量而複雜的信息工作量的。其次，瞬息萬變的市場需求和激烈競争的複雜環境，也要求制造系統表現出更高的靈活、敏捷和智能。因此，智能制造越來越受到高度的重視。
縱覽全球，雖然總體而言智能制造尚處于概念和實驗階段，但各國政府均将此列入國家發展計劃，大力推動實施。1992年美國執行新技術政策，大力支持被總統稱之的關鍵重大技術（Critical Techniloty），包括信息技術和新的制造工藝，智能制造技術自在其中，美國政府希望借助此舉改造傳統工業并啟動新産業。
加拿大制定的1994~1998年發展戰略計劃，認為未來知識密集型産業是驅動全球經濟和加拿大經濟發展的基礎，認為發展和應用智能系統至關重要，并将具體研究項目選擇為智能計算機、人機界面、機械傳感器、機器人控制、新裝置、動态環境下系統集成。
日本1989年提出智能制造系統，且于1994年啟動了先進制造國際合作研究項目，包括了公司集成和全球制造、制造知識體系、分布智能系統控制、快速産品實現的分布智能系統技術等。
歐洲聯盟的信息技術相關研究有ESPRIT項目，該項目大力資助有市場潛力的信息技術。1994年又啟動了新的R&D項目，選擇了39項核心技術，其中三項（信息技術、分子生物學和先進制造技術）中均突出了智能制造的位置。
中國80年代末也将“智能模拟”列入國家科技發展規劃的主要課題，已在專家系統、模式識别、機器人、漢語機器理解方面取得了一批成果。最近，國家科技部正式提出了“工業智能工程”，作為技術創新計劃中創新能力建設的重要組成部分，智能制造将是該項工程中的重要内容。
2016年1月10日，工信部副部長馮飛表示，智能制造是中國制造2025最重要的方面，我們稱為突破口、主戰場。
由此可見，智能制造正在世界範圍内興起，它是制造技術發展，特别是制造信息技術發展的必然，是自動化和集成技術向縱深發展的結果
釋義初探
智能制造系統（Intelligent Manufacturing System---IMS）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統，它突出了在制造諸環節中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模拟的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動，同時，收集、存儲、完善、共享、繼承和發展人類專家的制造智能。由于這種制造模式，突出了知識在制造活動中的價值地位，而知識經濟又是繼工業經濟後的主體經濟形式，所以智能制造就成為影響未來經濟發展過程的制造業的重要生産模式。
智能制造系統是智能技術集成應用的環境，也是智能制造模式展現的載體。
一般而言，制造系統在概念上認為是一個複雜的相互關聯的子系統的整體集成，從制造系統的功能角度，可将智能制造系統細分為設計、計劃、生産和系統活動四個子系統。在設計子系統中，智能制定突出了産品的概念設計過程中消費需求的影響；功能設計關注了産品可制造性、可裝配性和可維護及保障性。另外，模拟測試也廣泛應用智能技術。在計劃子系統中，數據庫構造将從簡單信息型發展到知識密集型。在排序和制造資源計劃管理中，模糊推理等多類的專家系統将集成應用；智能制造的生産系統将是自治或半自治系統。在監測生産過程、生産狀态獲取和故障診斷、檢驗裝配中，将廣泛應用智能技術；從系統活動角度，神經網絡技術在系統控制中已開始應用，同時應用分布技術和多元代理技術、全能技術，并采用開放式系統結構，使系統活動并行，解決系統集成。
由此可見，IMS理念建立在自組織、分布自治和社會生态學機理上，目的是通過設備柔性和計算機人工智能控制，自動地完成設計、加工、控制管理過程，旨在解決适應高度變化環境的制造的有效性。
綜合特征
智能制造和傳統的制造相比，智能制造系統具有以下特征：
一、自律能力
即搜集與理解環境信息和自身的信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。具有自律能力的設備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協調運作與競争。強有力的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎。
二、人機一體化
IMS不單純是“人工智能”系統，而是人機一體化智能系統，是一種混合智能。基于人工智能的智能機器隻能進行機械式的推理、預測、判斷，它隻能具有邏輯思維（專家系統），最多做到形象思維（神經網絡），完全做不到靈感（頓悟）思維，隻有人類專家才真正同時具備以上三種思維能力。因此，想以人工智能全面取代制造過程中人類專家的智能，獨立承擔起分析、判斷、決策等任務是不現實的。人機一體化一方面突出人在制造系統中的核心地位，同時在智能機器的配合下，更好地發揮出人的潛能，使人機之間表現出一種平等共事、相互“理解”、相互協作的關系，使二者在不同的層次上各顯其能，相輔相成。
因此，在智能制造系統中，高素質、高智能的人将發揮更好的作用，機器智能和人的智能将真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。
三、虛拟現實（Virtual Reality）技術
這是實現虛拟制造的支持技術，也是實現高水平人機一體化的關鍵技術之一。虛拟現實技術是以計算機為基礎，融信号處理、動畫技術、智能推理、預測、仿真和多媒體技術為一體；借助各種音像和傳感裝置，虛拟展示現實生活中的各種過程、物件等，因而也能拟實制造過程和未來的産品，從感官和視覺上使人獲得完全如同真實的感受。但其特點是可以按照人們的意願任意變化，這種人機結合的新一代智能界面，是智能制造的一個顯著特征。
四、自組織與超柔性
智能制造系統中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，其柔性不僅表現在運行方式上，而且表現在結構形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。
五、學習能力與自我維護能力
智能制造系統能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能。同時，在運行過程中自行故障診斷，并具備對故障自行排除、自行維護的能力。這種特征使智能制造系統能夠自我優化并适應各種複雜的環境。
運作過程
1、任一網絡用戶都可以通過訪問該系統的主頁獲得該系統的相關信息，還可通過填寫和提交系統主頁所提供的用戶定單登記表來向該系統發出定單；
2、如果接到并接受網絡用戶的定單，Agent就将其存入全局數據庫，任務規劃結點可以從中取出該定單，進行任務規劃，将該任務分解成若幹子任務，将這些任務分配給系統上獲得權限的結點；
3、産品設計子任務被分配給設計結點，該結點通過良好的人機交互完成産品設計子任務，生成相應的CAD/CAPP數據和文檔以及數控代碼，并将這些數據和文檔存入全局數據庫，最後向任務規劃結點提交該子任務；
4、加工子任務被分配給生産者；一旦該子任務被生産者結點接受，機床Agent将被允許從全局數據庫讀取必要的數據，并将這些數據傳給加工中心，加工中心則根據這些數據和命令完成加工子任務，并将運行狀态信息送給機床Agent，機床Agent向任務規劃結點返回結果，提交該子任務；
5、在系統的整個運行期間，系統Agent都對系統中的各個結點間的交互活動進行記錄，如消息的收發，對全局數據庫進行數據的讀寫，查詢各結點的名字、類型、地址、能力及任務完成情況等；
（6）網絡客戶可以了解定單執行的結果。
發展前景
1、人工智能技術。因為IMS的目标是計算機模拟制造業人類專家的智能活動，從而取代或延伸人的部分腦力勞動，因此人工智能技術成為IMS關鍵技術之一。IMS與人工智能技術（專家系統、人工神經網絡、模糊邏輯）息息相關。
2、并行工程。針對制造業而言，并行工程是一種重要的技術方法學，應用于IMS中，将最大限度的減少産品設計的盲目性和設計的重複性。
3、信息網絡技術。信息網絡技術是制造過程的系統和各個環節“智能集成”化的支撐。信息網絡同時也是制造信息及知識流動的通道。
4、虛拟制造技術。虛拟制造技術可以在産品設計階段就模拟出該産品的整個生命周期，從而更有效，更經濟、更靈活的組織生産，實現了産品開發周期最短，産品成本最低，産品質量最優，生産效率最高的保證。同時虛拟制造技術也是并行工程實現的必要前提。
5、自律能力構築。即收集和理解環境信息和自身的信息并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。強大的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎。
6、人機一體化。智能制造系統不單單是“人工智能系統，而且是人機一體化智能系統，是一種混合智能。想以人工智能全面取代制造過程中人類專家的智能，獨立承擔分析、判斷、決策等任務，目前來說是不現實的。人機一體化突出人在制造系統中的核心地位，同時在智能機器的配合下，更好的發揮人的潛能，使達到一種相互協作平等共事的關系，使二者在不同層次上各顯其能，相輔相成。
7、自組織和超柔性。隻能制造系統中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，使其柔性不僅表現運行方式上，而且表現在結構形式上，所以稱這種柔性為超柔性，類似于生物所具有的特征，如同一群人類專家組成的整體。
智能制造對中國制造業的意義
t發展智能制造業是實現制造業升級的内在要求。
t長期以來，我國制造業主要集中在中低端環節，産業附加值低。發展智能制造業已經成為實現我國制造業從低端制造向高端制造轉變的重要途徑。同時，将智能制造這一新興技術快速應用并推廣，通過規模化生産，盡快收回技術研究開發投入，從而持續推進新一輪的技術創新，推動智能制造技術的進步，實現制造業升級。
t發展智能制造業是重塑制造業新優勢的現實需要。
t當前，我國制造業面臨來自發達國家加速重振制造業與發展中國家以更低生産成本承接國際産業轉移的“雙向擠壓”。我國必須加快推進智能制造技術研發，提高其産業化水平，以應對傳統低成本優勢削弱所面臨的挑戰。雖然我國智能制造技術已經取得長足進步，但其産業化水平依然較低，高端智能制造裝備及核心零部件仍然嚴重依賴進口，發展智能制造業也是加快我國智能制造技術産業化的客觀需要。此外，發展智能制造業可以應用更節能環保的先進裝備和智能優化技術，有助于從根本上解決我國生産制造過程的節能減排問題。
t發展智能制造業是拓寬産業施政空間的重要抓手。
t我國已編制完成《智能制造裝備産業“十二五”發展規劃》，并于2011年設立“智能制造裝備創新發展專項”，今年3月，我國又出台了《智能制造科技發展“十二五”專項規劃》。分析我國已出台的促進智能制造業發展的規劃和政策，可以發現，目前還主要将重點放在智能制造技術及智能制造裝備産業發展方面，而智能制造業是将智能制造技術的應用貫穿于産品的設計、生産、管理和服務的制造活動全過程，不僅包括智能制造裝備産業，還包括智能制造服務業。因此，要促進智能制造業的發展，應從智能制造技術、智能制造裝備産業、智能制造服務業等諸多領域加以規劃和政策扶持。
中國智能制造技術發展的重點
基于我國現有的産業基礎及技術水平，智能制造的發展可分兩步走：到2020年，制造業基本普及數控化，實現重點領域智能制造裝備尤其是高端數控機床及工業機器人的産業化與應用。到2030年，制造業全面實現數字化，在制造業重點領域推進智能制造模式的轉變，形成與世界工業發達國家在高端制造領域全面抗衡的能力。以下是中國智能制造技術發展的5大重點。
一.關鍵智能基礎共性技術
圍繞感知、決策和執行等智能功能的實現，針對測控裝置、部件和重大智能制造成套裝備的開發和應用，突破新型傳感原理和工藝、高精度運動控制、高可靠智能控制、工業通信網絡安全、健康維護診斷等一批共性、基礎關鍵智能技術，為實現智能制造技術提供支撐。
二.核心智能測控裝置與部件
圍繞重大智能制造成套裝備研發以及智能制造技術的推廣應用，開發機器人、感知系統、智能儀表等典型的智能測控裝置和部件并實現産業化。在充分利用現有技術和産品的基礎上，進一步實現智能化、網絡化，形成對智能制造技術裝備産業發展的有力支撐。
三.重大智能制造成套裝備
突出制造業所需裝備，針對石油化工、冶金、建材、機械加工、食品加工、紡織、造紙印刷等制造業生産過程數字化、柔性化、智能化的需要，發揮産學研用相結合的創新機制，依托有明确需求的用戶，組織“産、學、研、用”共同參與的創新團隊，推動國産軟硬件在數控/工業控制裝備中的應用與推廣，通過集成創新，開發一批标志性的重大智能制造技術成套裝備，保障産業轉型升級。并結合國家重大工程建設，推進示範應用，加快産業化。
四.基礎工業軟件
推動骨幹企業、專業機構、行業協會、産業園區、重點高校、科研院所多方參與組建資源共享、優勢互補的産業聯盟，圍繞産業重點，開展工業軟件行業規範與标準研究、技術攻關和産業化推廣。在工業軟件開發、系統集成、産品定型等方面迅速形成優勢，深化工業軟件技術的内涵，提升應用服務能級。
五.重點應用示範推廣領域
根據我國智能制造技術和智能測控裝置的發展水平，立足制造業，在“十二五”期間重點選擇在電力、節能環保、農業、資源開采、國防軍工等國民經濟重點領域推廣應用，分步驟、分層次開展應用示範，形成通用性、标準化、自主知識産權的應用平台，加快推進産業、技術與應用協同發展。
智能制造系統的應用将為中國制造業開辟新道路
随着社會的發展，世界各國之間的競争開始由軍事實力的較量漸漸轉為國民經濟發展的較量，為了使國民的生活水平提高，加快經濟發展速率，各國都開始引入高科技手段，這使得科學領域的競争也日益加劇。近年來由發達國家提出的“智能制造系統”、“信息高速公路”等國際研究計劃，無疑是世界科學領域的發展法向，也是提升各國制造也水平的關鍵因素。
t制造業的發展由最初的手工制造經過一步步進化，到後來的高度自動化、柔性自動化制造，最後發展為如今的并行規劃設計階段，并引入了相關科學技術已經先進工具來滿足市場需求。傳統的設計和管理方法面對很多實際問題已經無法解決，而先進的計算機技術、智能制造技術卻可以有效地解決問題。顯而易見，制造業正在向智能化方向發展，因此引用智能制造系統到制造業中是必然的結果。
t智能制造系統是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統。它在制造過程中能以一種高度柔性與集成的方式借助計算機模拟人類專家的智能活動進行分析、推理、判斷、構思和決策，從而取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動，同時收集、存貯、完善、共享、繼承和發展人類專家的智能。
t智能制造系統的研究與開發對于提高産品質量、生産效率和降低成本提高國家制造業響應市場變化的能力和速度以及提高國家的經濟實力和國民的生活水準均具有重大的意義。其研究目标是要實現将市場适應性、經濟性、人的重要性、适應自然和社會環境的能力、開放性和兼容能力等融合在一起的生産系統，使整個制造過程實現智能化并具有自組織能力，是一個集成許多工廠和多種機器設備的混合系統。它具備滿足各種社會需求的柔性，能充分發揮人的作用，易于操作，并且具有高效率，能避免重複投資等。
t應用智能制造系統的目的是為了用技術系統來突破人的自然智力的局限性，達到對人腦的部分代替、延伸和加強的目的，使那些單靠人的天然智能無法進行或帶有危險性的工作得以完成，從而使人類的智慧能集中到那些更富于創造性的工作中去。人是智能制造的重要來源，在制造業走向智能化過程中起着決定性作用，隻有人與機器有機高度結合才能實現制造過程的真正智能化。
t在我國，雖然企業與技術轉移問題目前尚不嚴重，但是很多發達國家已經開始應用智能制造系統等相關技術了，在這一方面，我們也許會面臨着大量機會的流失，也減弱了我國制造業的競争力。我國應當重視智能制造技術與智能制造系統的應用，對其深入研究，充分發揮其作用力，争取在競争形勢嚴峻的制造業中開辟出一條屬于自己的道路，而先進的智能制造系統也必将幫助我國的制造業走出困境，迎來新的局面。
